特种加工技术的发展及应用
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作者: 徐钊 王凌杰
【摘要】特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，进入二十一世纪以来，制造技术，特别先进制造技术不断发展，作为先进制造技术重要一部分，特种加工对制造业作用日益重要。对新型武器装备的研制和生产，起到举足轻重的作用。本文概要描述了什么特种加工，特种加工产生背景，特点，并分别从激光加工技术，电子束加工技术、离子束及等离子加工技术、电加工技术、电火花加工技术介绍了国内外发展现状与应用，同时提出了国内相应领域的特种加工技术发展方向。
【关键词】电子束加工技术；离子特种加工，激光技术；电加工技术复合加工，
【中图分类号】TG66 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0182-01
一、绪论
制造技术同信息科学、材料科学、生物科学一道被以为是促进人类文明与发展的四大关键领域。随着全球经济一体化的进程和全球化市场的形成，任何制造企业的生产和经营活动都必须面对来自全世界的激烈竞争。能否以最短的交货期、最好的质量、最低的本钱、最佳的服务来响应多变和多样化的市场需求，将成为制造业赖以生存的关键。由此可见特种加工技术的地位越来越重要，其发展和完善对整个快速制造体系的形成起着关键性的作用。然而现有的很多种特种加工方法远不能适应制造过程信息化的要求，很难适应快速制造的要求。因此发展和完善那些影响深远的新型特种加工技术尤为重要，在深进研究其工艺规律和工艺特性、建模理论和方法及智能控制技术的同时，重点探索高效、高精度的复合及其组合工艺技术.这对于进步我国制造技术水平，促进经济和科技进步具有重要意义。
我国特种加工技术起步较晚，目前，特种加工技术正向着自动化、柔性化、精密化、集成化、智能化和最优化方向发展，在已有的工艺不断完善和定型的同时，新的特种加工技术不断涌现，如快速原形制造技术、等离子体熔射成形工艺技术、在线电解修整砂轮镜面磨削技术、实变场控制电化学机械加工技术、三维型腔简单电极数控电火花仿铣技术、电火花混粉大面积镜面加工技术、磁力研磨技术和电铸技术等。新的特种加工技术是在传统的特种加工技术的基础上，紧密结合材料、控制和微电子技术而发展起来的，并随着产品应快速响应市场需求，正在形成面向快速制造的特种加工技术新体系。
二、特种加工技术的应用和发展状况。
1.激光加工技术
国外激光加工设备和工艺发展迅速，现已拥有100kW的大功率C02激光器.kW级高光束质量的Nd：YAG固体激光器，有的可配上光导纤维进行多工位、远距离工作。激光加工设备功率大、自动化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐标联动，并装有激光功率监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。
国内70年代初已开始进行激光加工的应用研究，但发展速度缓慢。在激光制孔、激光热处理、焊接等方面虽有一定的应用，但质量不稳定。目前已研制出具有光纤传输的固体激光加工系统，并实现光纤耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光烧结快速成型原理样机研制，并采用环氧聚脂和树脂砂烧结粉末材料，快速成型出典型零件，如叶轮、齿轮。
2.电子束加工技术
电子束加工技术在国际上日趋成熟，应用范围广。国外定型生产的40kV-300kV的电子枪（以60kV、150kV为主），已普遍采用CNC控制，多坐标联动，自动化程度高。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。目前正在研究焊缝自动跟踪、填丝焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可达300mm，焊缝深宽比20：1。电子束焊已用于运载火箭、航天飞机等主承力构件大型结构的组合焊接，以及飞机梁、框、起落架部件、发动机整体转子、机匣、功率轴等重要结构件和核动力装置压力容器的制造。
3.离子束及等离子体加工技术
美国及欧洲国家目前多数用微波ECR等离子体源来制备各种功能涂层。等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。等离子焊接已成功应用于18mm铝合金的储箱焊接。配有机器人和焊缝跟踪系统的等离子体焊在空间复杂焊缝的焊接也已实用化。微束等离子体焊在精密零部件的焊接中应用广泛。我国等离子体喷涂已应用于武器装备的研制，主要用于耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护涂层等。
4.电加工技术
国外电解加工应用较广，除叶片和整体叶轮外已扩大到机匣、盘环零件和深小孔加工，用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。目前电解加工机床最大容量已达到5万安培，并已实现CNC控制和多参数自适应控制。电火花加工气膜孔采用多通道、纳秒级超高频脉冲电源和多电极同时加工的专用设备，加工效率2-3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm，通用高档电火花成型及线切割已能提供微米级加工精度，可加工3 μm的微细轴和5 μm的孔。精密脉冲电解技术已达10 μm左右。电解与电火花复合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。
三、特种加工技术的发展趋势
今后特种加工技术的发展方向应是：
1.不用机械能
它与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。
2.非接触加工
不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性较差的元件及弹性元件得以加工。
3.微细加工
工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。
4.稳定性好
不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。
5.形成新的复合加工
两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。
四、结束语
综上所述，特种加工技术是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。特别指出其促使机械工业发生了战略性变革，传统的加工方法和设计概念正在发生着革命性的变化，新的方法有待去创造，去发现。随着特种技术的发展，各种产品与装置实现了自动化，高端化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。
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